Study of muon neutrinos oscillations in the T2K experiment
Études du changement de saveur des neutrinos muons dans le mécanisme d'oscillation quantique avec l'expérience T2K au Japon
Résumé
The T2K experiment built in Japan is a long baseline neutrino oscillation experiment. It uses a neutrino beam produced by a particle accelerator to measure the parameters describing this phenomenum, and in particular the yet unknown mixing angle theta13. This thesis presents some of the results obtained from the first years of data taking of the T2K experiment. After presenting the theory of neutrino oscillations and the experiment, we will focus on the on-axis near detector of T2K, the INGRID detector. We will present the studies done for calibration of this detector after its construction, to demonstrate that it is working well and stably in time. We will then present the measurements done to characterize the muonic neutrino beam, in particular to measure its direction as well as its shape in the transverse plane. The second main topic of this thesis is a new detector, added as a first upgrade to the INGRID detector, the Proton Module, which will be used to study more in details the interactions occuring on the axis of the beam. We will review the motivations and studies that led to its design and construction. In the last part, we will present the results obtained with the first data taken by this module.
L'expérience T2K, construite au Japon, est une expérience d'oscillations de neutrinos à base longue. Dans cette expérience, les paramètres décrivant ce phénomène quantique, et plus particulièrement l'angle de mélange theta13, sont mesurés en utilisant un faisceau de neutrinos muoniques produit par un accélérateur de particules. Dans cette thèse, des résultats obtenus à partir des données prises pendant la première année de fonctionnement de l'expérience sont présentés. Après avoir présenté la théorie de l'oscillation quantique des neutrinos, et l'expérience en elle-même, nous nous concentrons sur le détecteur proche sur axe de T2K, INGRID. Nous présentons les études de calibration de ce détecteur, qui ont permis de montrer qu'il fonctionnait correctement, et de façon stable dans le temps. Nous présentons ensuite les mesures réalisées sur le faisceau de neutrinos, pour déterminer sa direction et sa forme dans le plan transverse. Le second objet de cette thèse est un nouveau détecteur, le Module Proton, qui fut la première modification ajoutée au détecteur INGRID. Ce nouveau module a vocation à étudier plus précisément les interactions quasi élastiques se produisant sur l'axe du faisceau. Nous présentons les motivations physiques ainsi que les études de conception qui ont mené à sa construction. Dans la dernière partie de cette thèse, nous présentons les premiers résultats obtenus à partir de données prises par ce module, qui donnent une idée des possibilités offertes par ce nouveau détecteur pour étudier le faisceau de neutrinos de l'expérience T2K.
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